TW201319592A - 用於檢測機台之溫度調控系統 - Google Patents

Abstract

一種用於檢測機台之溫度調控系統，係包括一測試座、一具有熱交換器及致冷晶片之加壓裝置、一具有溫度感測器之測試頭，該測試頭係配置在加壓裝置前端，於至少一待測元件置放於該測試座時，透過加壓裝置下壓，使測試頭對該待測元件之一迫緊，以使該溫度感測器偵測待測元件之表面溫度得到一溫度訊號，並再將該溫度訊號回饋至一控制處理單元進行運算處理以產生一線性控制訊號，使輸入致冷晶片之電流在該線性控制訊號之下，由致冷晶片的吸熱與放熱將該待測元件溫度控制於一設定範圍內。

Description

用於檢測機台之溫度調控系統

本發明係關於一種用於檢測機台之溫度調控系統，尤其是一種用於電子元件進行檢測作業時，能夠有效地控制待測元件溫度於一定範圍內之溫度調控系統。

積體電路元件將大量電路元件集積化、微型化，還不斷提升運算速度與產品效能，以往必需由許多大型電子電路結合才能完成之運算處理工作已完全由積體電路元件所取代，由於積體電路元件之妥善率直接影響該類電子裝置的效能、壽命與可靠性，因此對於積體電路製造、封裝測試業者而言，為了確保產品品質，各階段製程後都會進行電性或實境檢測作業，以檢測積體電路於製作過程中，是否符合使用者規格要求，目前可透過自動化檢測機台檢測出不良品並進一步分類。種種產品最終都將面臨散熱問題，一旦伴隨電子運算或發光所產生的熱無法被順利攜出排除，電子裝置運轉所產生的高溫無法被有效降溫，輕則減損產品壽命、降低產品效能，或對其它周邊相關零件造成不良影響；重則會直接產生熱逸散(Thermal run away)、甚至導致立即危險，因此散熱問題絲毫不可以被輕忽。

為此，目前常見利用散熱鰭片、風扇、甚至致冷晶片、或上述各裝置之組合而攜走發熱元件附近熱能、降低發熱元件附近之溫度。然而，無論是在發熱元件與散熱片接觸面間、由接觸面至金屬鰭片、或空氣與金屬鰭片間的熱傳導，都會受限於接觸面積或傳導截面大小。亦即，如果在一個狹窄空間中，無法設置較大尺寸的散熱片或散熱鰭片，散熱效率將隨之大打折扣。但相對地，電子裝置需不斷順應潮流趨勢而逐漸輕薄短小，如何在空間大幅縮減狀態下確保散熱效率，也使得規劃電子裝置內部空間與電路佈局的工程師相當困擾。

目前習知技術，一般透過單獨致冷裝置或搭配散熱鰭片等機構件執行檢測作業所產生之自熱進行冷熱交換，使積體電路元件於檢測過程維持在應有的溫度範圍內；但隨著積體電路元件技術的發展，檢測作業溫控精準度及效率需要提升，然而前述致冷裝置並無法即時有效隨著將檢測進行控制溫度，遂有業者提出解決方案，可參考台灣專利公告第I342958號中說明書及圖式可知：該致冷溫控裝置1內係於一下壓桿之下壓治具組內係裝設有致冷晶片15，並於該下壓治具組之端部凸設一可伸縮接觸電子元件之感溫器11(如圖一所示)，該感溫器11係可感測電子元件之溫度，並將該溫度訊號經由訊號轉換器12傳輸至控制單元13，該控制單元13於接收該溫度訊號後即與資料庫進行運算比對，並將所需電流量之訊號傳輸至電源供應器14，以啟閉控制電源供應器14輸出至致冷晶片15之電流；因此，當下壓桿下壓電子元件進行檢測時，可利用致冷晶片15與電子元件執行檢測作業所產生之自熱進行冷熱交換，以使檢測作業即時精準控制於較小的檢測溫度範圍內。

上述方法雖然能夠將檢測溫度範圍控制於較小之範圍內，但不斷的藉由調整輸出功率來控制致冷晶片，則必須重覆多次的啟動與關閉該致冷晶片，如此將會因為持續輸出功率不穩定的情況下，而導致該致冷晶片的使用壽命縮短，因此對於需要持續不斷進行檢測作業的半導體廠商而言，如此將會是一個非常不穩定的因素，而致冷晶片不預期的毀損狀況也將對廠商造成嚴重的成本損失。

因此，若能夠使用一線性控制訊號來調控該致冷裝置，並不需要使用ON/OFF的控制方式來控制該致冷裝置，將能夠延長該致冷裝置的使用壽命，如此應為一最佳解決方案。

本發明之目的即在於提供一種用於檢測機台之溫度調控系統，係能夠於一加壓裝置對一待測元件迫緊時，能夠偵測待測元件之表面溫度，並產生一線性控制訊號，藉由致冷晶片的吸熱與放熱將該待測元件溫度控制於一設定範圍內。

本發明之再一目的在於透過該線性控制訊號對致冷晶片進行溫度調控時，將使得致冷晶片對於待測元件表面溫度控制具有更佳的表現，避免致冷晶片受到習知啟動/關閉的控制而易於損毀。

可達成上述發明目的之用於檢測機台之環境溫度調控系統，係包括一測試座、一具有熱交換器及致冷晶片之加壓裝置、一具有溫度感測器之測試頭，該測試頭係配置在加壓裝置前端，於至少一待測元件置放於該測試座時，透過加壓裝置下壓，使測試頭對該待測元件之一迫緊，以使該溫度感測器偵測待測元件之表面溫度得到一溫度訊號，並再將該溫度訊號回饋至一控制處理單元進行運算處理以產生一線性控制訊號，使輸入致冷晶片之電流在該線性控制訊號之下，由致冷晶片的吸熱與放熱將該待測元件溫度控制於一設定範圍內。

更具體的說，所述控制處理單元至少包括一控制器以及一放大器所組成，其中該控制器係接收所回饋之溫度訊號，並由該放大器產生一線性控制訊號。

更具體的說，所述線性控制訊號為一組脈波寬度調變訊號。

更具體的說，所述控制處理單元更具有一比例積分微分控制器，使透過該溫度感測器偵測待測元件之表面溫度得到一溫度訊號能夠與該設定範圍進行比對；另外該設定範圍係由一控制裝置設定，該控制裝置亦用於接收該溫度感測器偵測待測元件之表面溫度所得到一溫度訊號。

有關於本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱圖二，為本發明一種用於檢測機台之環境溫度調控系統之架構圖，由圖中可知，該用於檢測機台之環境溫度調控系統2，係主要包括一測試座21、一具有熱交換器221及致冷晶片222之加壓裝置22、一具有溫度感測器2230之測試頭223，該測試頭223係配置於該加壓裝置22前端，故當至少一待測元件置放於該測試座21時，可透過加壓裝置22下壓，使測試頭223對該待測元件之一迫緊，以使該溫度感測器偵測待測元件之表面溫度，以取得一溫度訊號Ts，並再將該溫度訊號Ts回饋至一控制處理單元23進行運算處理。

由於待測元件係透過自動化搬移的方式被放置在測試座21上，此時並未與測試座21緊密接合，需要透過加壓裝置22之迫緊力道以及測試頭223對準，始使待測元件開始進行測試；而放置在測試頭223前端的溫度感測器2230同時間將會接觸到待測元件的表面，以即時偵測該待測區域溫度。而溫度感測器2230的形式係接觸感應回授，直接固定於測試頭或利用彈性元件設置為彈針式(Probe Pin)均為不限。

其中，該控制處理單元23中係包括一控制器231、一放大器232以及一比例積分微分控制器233所組成，該控制器231能夠接收溫度感測器2230所回饋之溫度訊號Ts，並再透過該比例積分微分控制器233將溫度訊號Ts與該一控制裝置(圖未示)所設定之溫度範圍進行比對後，即可配合提供該放大器232輸出一穩定的線性控制訊號Tp(如：脈波寬度調變訊號)，而輸入至該致冷晶片222的電流經過放大器232以及該線性控制訊號Tp之控制下，使輸入致冷晶片222之電流I得以調整，能藉調整致冷晶片222的吸熱與放熱將該待測元件受測時溫度控制於一設定範圍內。前述之溫度控制於設定範圍，指欲輸入致冷晶片的電流I能夠在該回饋之溫度訊號Ts比對後，調整該電流值大小、正負等。

另外，該控制裝置除了能夠設定溫度範圍之外，亦能夠用於接收該溫度感測器偵測待測元件之表面溫度所得到一溫度訊號。

另外，當該測試頭223之溫度感測器迫緊於待測元件上時，能夠持續傳送該待測元件之表面溫度的溫度訊號至該控制處理單元23中，並經由處理運算之後，能夠經由輸出線性控制訊號，以即時控制該致冷晶片222之工作溫度，因此本發明能夠對應該待測元件之表面溫度，來即時微調該致冷晶片222之工作狀態。

本發明所提供之一種用於檢測機台之溫度調控系統，與其他習用技術相互比較時，更具備下列優點：

1.　本發明係於每個測試單位上都具有獨立的閉迴路溫度控制系統，因此僅需設定一目標溫度範圍，即可依據溫度感測器所回饋之系統實際溫度與目標溫度差異進行比例積分微分控制，以使本發明能夠快速且穩定的維持於目標溫度範圍內。

2.　本發明之控制處理單元能夠提供一穩定的線性控制訊號輸出，以減少致冷晶片不斷開關所產生的衝擊，以延長該致冷晶片的使用壽命。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1．．．致冷溫控裝置

11．．．感溫器

12．．．訊號轉換器

13．．．控制單元

14．．．電源供應器

15．．．致冷晶片

2．．．溫度調控系統

21．．．測試座

22．．．加壓裝置

221．．．熱交換器

222．．．致冷晶片

223．．．測試頭

2230．．．溫度感測器

23．．．控制處理單元

231．．．控制器

232．．．放大器

233．．．比例積分微分控制器

圖一為習用致冷溫控裝置之溫控架構圖；以及

圖二為本發明用於檢測機台之溫度調控系統之架構圖。

2．．．環境溫度調控系統

21．．．測試座

22．．．加壓裝置

221．．．熱交換器

222．．．致冷晶片

223．．．測試頭

2230．．．溫度感測器

23．．．控制處理單元

231．．．控制器

232．．．放大器

233．．．比例積分微分控制器

Claims (5)

1. 一種用於檢測機台之溫度調控系統，係包括一測試座、一具有熱交換器及致冷晶片之加壓裝置、一具有溫度感測器之測試頭，該測試頭係配置在加壓裝置前端，至少一待測元件置放於該測試座時，透過該加壓裝置下壓，使測試頭對該待測元件之一迫緊；其特徵在於：於該測試頭對該待測元件之一迫緊時，透過該溫度感測器偵測待測元件之表面溫度得到一溫度訊號，將該溫度訊號回饋至一控制處理單元進行運算處理以產生一線性控制訊號，使輸入致冷晶片之電流在該線性控制訊號之下，由致冷晶片的吸熱與放熱將該待測元件溫度控制於一設定範圍內。
2. 如申請專利範圍第1項所述一種用於檢測機台之溫度調控系統，該控制處理單元至少包括一控制器以及一放大器所組成，由該控制器接收所回饋之溫度訊號，並由該放大器產生一線性控制訊號。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述一種用於檢測機台之溫度調控系統，其中該線性控制訊號為一組脈波寬度調變訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述一種用於檢測機台之溫度調控系統，其中該控制處理單元更具有一比例積分微分控制器，使透過該溫度感測器偵測待測元件之表面溫度得到一溫度訊號能夠與該設定範圍進行比對。
5. 如申請專利範圍第4項所述一種用於檢測機台之溫度調控系統，其中該設定範圍係由一控制裝置設定，該控制裝置亦用於接收該溫度感測器偵測待測元件之表面溫度所得到一溫度訊號。